Postępy prac nad tworzeniem gorczycy białej podwójnie ulepszonej.

Teresa Piętka, Jan Krzymański, Krzysztof Michalski, Krystyna Krótka Instytut Hodowli i Aklimatyzacji Roślin. Zakład Roślin Oleistych w Poznaniu

Postępy prac nad tworzeniem

gorczycy białej podwójnie ulepszonej

Progress in the breeding of white mustard (Sinapis alba L.)

for double low quality

W polskich warunkach klimatycznych zima może zniszczyć większość plantacji rzepaku ozimego. Potrzebna jest jara roślina oleista, która mogłaby je zastąpić. Taką rośliną może być gorczyca biała, uprawiana dotychczas jako roślina przyprawowa. Aby przekształcić gor-czycę białą w roślinę oleisto-białkową należy poprawić jej skład chemiczny, to jest skład kwasów tłuszczowych i zawartość glukozyno-lanów. W pierwszym etapie wytworzono linie niskoglukozynolanowe bez sinalbiny (glukozy-nolanu charakterystycznego dla gorczycy białej), a także linie niskoerukowe o zawartości kwasu erukowego poniżej 1%. Linie te skrzy-żowano ze sobą. Selekcja podwójnie ulepszonej gorczycy białej jest kontynuowana w pokoleniu F4. Uzyskano segregującą populację z bardzo

niską zawartością kwasu erukowego i zróżnico-wanym niższym składzie glukozynolanów. Z otrzymanych dotychczas wyników można wnioskować, że możliwe jest wyhodowanie nowych odmian gorczycy białej podwójnie ulepszonej.

In Polish climatic conditions winter can substantially destroy winter oilseed rape plantations. It is necessary to have spring oilseed plant which could help to replace the lost plantations. White mustard (Sinapis alba L.) may be such a plant. It is a spice crop now. In order to change white mustard into oil-proteinous crop, it is necessary to correct its chemical characters, especially fatty acid composition and glucosinolate content. Lines without sinalbin (glucosinolate characteristic to

Sinapis alba L) were selected as a first step.

Also lines with erucic acid content bellow 1% were selected. These both types of lines were crossed. Selection for double low quality is conducted now in F4 generation. Selected

population with very low erucic acid content and differentiated lower glucosinolates level is still segregating. It can be concluded from results obtained up to now that it should be possible to breed new double low varieties of white mustard.

Wstęp

W Polsce brakuje jarej rośliny oleistej, która mogłaby zastąpić wymarznięty rzepak ozimy. Dwie mroźne zimy 1995/96 i 1996/97 spowodowały znaczne straty plantacji rzepaku ozimego. Gorczyca biała (Sinapis alba L.) mogłaby zostać taką rośliną. Jest ona najbardziej odporna wśród roślin krzyżowych na występujące u nas susze letnie (Dembiński 1975). Nasiona mają kolor żółty z mniejszą

zawartością włókna w okrywie nasiennej, są bogate w białko o bardzo dobrym składzie aminokwasowym (Krzymański i in. 1990).Tradycyjne odmiany cechują się jednak wysoką zawartością kwasu erukowego (około 40%) oraz wysoką zawartością glukozynolanów (około 180 µM/g s.m.).

Aby przekształcić gorczycę białą w roślinę oleisto-białkową należy poprawić jej skład chemiczny, to jest wyhodować odmiany podwójnie ulepszone bez kwasu erukowego i o niskiej zawartości glukozynolanów. Pożądane byłoby również podniesienie zawartości oleju w nasionach gorczycy, co pozwoliłoby na uzyskanie wyższej ceny przy skupie przez zakłady przemysłu tłuszczowego.

Materiał i metody

W wyniku krzyżowań i selekcji indywidualnej wytworzono linie niskogluko-zynolanowe o zerowej zawartości sinalbiny, glukozynolanu typowego dla gorczycy białej. Wytworzono również linie niskoerukowe o prawie zerowej zawartości kwasu erukowego (Krzymański i in. 1991). Te dwa rodzaje linii zostały skrzy-żowane ze sobą. Otrzymana populacja jest poddawana selekcji w kierunku równo-czesnego ulepszenia obydwu cech.

Selekcję indywidualną roślin na zawartość kwasu erukowego przeprowa-dzono za pomocą analizy połówek nasion. Z drugiej połowy nasienia były regenerowane rośliny i otrzymane nasiona. Selekcja ta okazała się skuteczna. Selekcja na zawartość glukozynolanów jest bardziej skomplikowana, gdyż gorczyca jako roślina obcopylna nie wiąże nasion przy samozapyleniu. Skuteczną drogą obniżania zawartości glukozynolanów w nasionach okazało się dokonywanie selekcji przed zapyleniem, a w następnych pokoleniach zastosowanie chowu wsobnego krewniaczego to jest izolowanie roślin parami. Selekcja na obie cechy jest kontynuowana.

Zawartość kwasów tłuszczowych oznaczano metodą chromatografii gazowej (Krzymański 1970), zawartość glukozynolanów również metodą chromatografii gazowej, rozdzielając je w formie pochodnych sililowych desulfoglukozynolanów (Michalski i in. 1995). Dotychczas używanym wzorcem wewnętrznym była glukotropeolina. Ponieważ stwierdzono jej obecność w gorczycy białej, konieczne było zastosowanie innego wzorca, którym okazała się glukorafanina wydzielona z nasion rzodkwi oleistej (rys. 1).

czas zawartość nazwa [µM/g s.m.b] 1,171 standard sinigrina 1,431 10,02 progoitryna 1,510 0,20 napoleiferyna 1,811 3,09 glukotropeolina 2,147 nn 4,275 8,48 glukobrassycyna 4,763 4,04 4-OH-glukobrassycyna

Rys. 1. Analiza chemiczna gorczycy białej niskoglukozynolanowej

Wyniki

Badana segregująca populacja pochodzi z kilku krzyżowań linii niskoeruko-wych (P1) o prawie zerowej zawartości kwasu erukowego (histogram 1) z liniami

niskoglukozynolanowymi (P2) o bardzo niskiej zawartości glukozynolanów: – sinalbiny poniżej 1,0 µmol/g nasion (histogram 2),

– alifatycznych poniżej 6,0 µmol/g nasion (histogram 3), – indolowych poniżej 5,0 µmol/g nasion (histogram 4).

W wyniku dotychczas prowadzonej selekcji uzyskano nadal segregujące pokolenie F4, którego charakterystykę pod względem zawartości różnych

skład-ników glukozynolanowych i kwasu erukowego obrazują także histogramy od 1 do 4. Zawartość kwasu erukowego (histogram 1) w pokoleniu F4 jest wyraźnie obniżona,

a 30 linii na 109 badanych wykazało zawartość mniejszą od 1,0%. Również znaczny postęp uzyskano w redukcji sinalbiny (histogram 2). 52 linie nie zawierają zupełnie tego glukozynolanu, typowego dla gorczycy białej. Jednak redukcję sinalbiny rośliny starały się zrekompensować wzrostem zawartości glukozynola-nów alifatycznych (histogram 3), a w mniejszym stopniu indolowych (histogram 4). Wśród segregujących linii wystąpiły również linie o nie podwyższonej zawartości tych glukozynolanów, np. 18 linii wykazało zawartość glukozynolanów alkenowych na poziomie linii rodzicielskich (histogram 3), natomiast aż 87 linii pod względem zawartości glukozynolanów indolowych nie przekroczyło 5,0 µmol/g nasion.

Histogram 1. Zawartość kwasu erukowego w oleju z nasion linii rodzicielskich (P1, P2) oraz w liniach

pokolenia F4 otrzymanego z linii wyselekcjonowanych w poprzednich pokoleniach gorczycy białej

Erucic acid content in seed oil of parental lines (P1, P2) and of F4 generation lines, obtained from the lines selected in preceding generations of white mustard

10 1 1 1 2 2 2 1 1 28 15 16 3 2 2 1 2 1 0 5 10 15 20 25 30 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 P1 P2 F4 cz ęsto ść — freq uency

% kwasu erukowego — per cent of erucic acid

Histogram 2. Zawartość sinalbiny w oleju z nasion linii rodzicielskich (P1, P2) oraz w liniach

poko-lenia F4 otrzymanego z linii wyselekcjonowanych w poprzednich pokoleniach gorczycy białej

Sinalbin content in seed oil of parental lines (P1, P2) and of F4 generation lines, obtained from the lines selected in preceding generations of white mustard

1 1 1 4 2 ₁ 11 52 39 33 9 5 1 0 10 20 30 40 50 60 0 10 30 50 70 90 110 130 150 170 190 P1 P2 F4 cz ęsto ść — freq uency

10 3 8 4 14 15 19 17 10 8 9 1 1 0 1 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 2 6 10 14 18 22 26 30 34 38 42 46 P1 P2 F4 cz ęsto ść — f re q uenc y

suma glukozynolanów alifatycznych µM/g nasion

total of aliphatic glucosinolates µM/g seed

Histogram 3. Zawartość sumy glukozynolanów alifatycznych w nasionach linii rodzicielskich (P1, P2) oraz w liniach pokolenia F4 otrzymanego z linii wyselekcjonowanych w poprzednich pokoleniach gorczycy białej — Total of aliphatic glucosinolates content in seed of parental lines (P1, P2) and of F4

generation lines, obtained from the lines selected in preceding generations of white mustard

10 6 3 ₂ 21 27 39 15 6 1 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 1 3 5 7 9 11 P1 P2 F4 cz ęsto ść — freq uency

suma glukozynolanów indolowych µM/g nasion

total of indol glucosinolates µM/g seed

Histogram 4. Zawartość sumy glukozynolanów indolowych w nasionach linii rodzicielskich (P1, P2) oraz w liniach pokolenia F4 otrzymanego z linii wyselekcjonowanych w poprzednich pokoleniach gorczycy białej — Total of indol glucosinolates content in seed of parental lines (P1, P2) and of F4

Glukozynolan — Glucosinolate 1 2 3 4 5 6 7 Glukonapina — Glukonapin 1 1,000 Glukobrassicanapina — Glukobrassicanapin 2 0,916** 1,000 Progoitryna — Progoitrin 3 0,025 –0,019 1,000 Napoleiferyna — Napoleiferin 4 0,976** 0,928** –0,047 1,000 Glukotropeolina — Glukotropeolin 5 –0,014 –0,060 0,444** –0,047 1,000 Sinalbina — Sinalbin 6 –0,085 –0,062 –0,544** –0,044 –0,211* 1,000 Brassicyna — Brassicin 7 –0,089 –0,105 0,450** –0,152 0,219* –0,520** 1,000 4-hydroksybrassicyna — 4-hydroxybrassicin 8 0,151 0,166 0,430** 0,142 0,280** –0,637** 0,616**

* — korelacje istotne przy α = 0,05 — correlations significant at α = 0.05

** — korelacje istotne przy α = 0,01 — correlations significant at α = 0.01

Tabela 2 Współczynniki determinacji dla glukozynolanów w nasionach gorczycy białej pokolenia F4

Determination coefficients for glucosinolates in seeds of white mustard of F4 generation

Glukozynolan — Glucosinolate 1 2 3 4 5 6 7 Glukonapina — Glukonapin 1 Glukobrassicanapina — Glukobrassicanapin 2 83,9% Progoitryna — Progoitrin 3 0,0% 0,0% Napoleiferyna — Napoleiferin 4 95,3% 86,2% 0,2% Glukotropeolina — Glukotropeolin 5 0,0% 0,4% 19,7% 0,2% Sinalbina — Sinalbin 6 0,7% 0,4% 29,5% 0,2% 4,5% Brassicyna — Brassicin 7 0,8% 1,1% 20,3% 2,3% 4,8% 27,0% 4-hydroksybrassicyna — 4-hydroxybrassicin 8 2,3% 2,8% 18,5% 2,0% 7,8% 40,5% 37,9%

Chemical characteristics of selected from F4 generation 35 lines of Sinapis alba Wyszczególnienie Item Kwas erukowy Erucic acid Progoitryna Progoitrin Glukotropeolina Glucotropeolin Sinalbina Sinalbin Brassicyna Brassicin 4-hydroksy- brassicyna 4-hydroxy- brassicin Suma glukozynolanów alkenowych Total of alkenyl glucosinolates Suma glukozynolanów Total glucosinolates Średnia — Mean 4,22 14,89 0,27 0,18 2,87 1,96 15,23 20,23 Minimum — Minimum 0,07 4,50 0,00 0,00 0,40 0,60 4,60 6,30 Maksimum — Maximum 25,39 31,00 0,70 1,60 6,50 3,30 31,60 36,40 Odchylenie standardowe Standard deviation 5,30 5,68 0,16 0,44 1,64 0,77 5,81 6,46 Współczynnik zmienności Coefficient of variability 125,6 38,1 59,3 244,4 57,1 39,3 38,1 31,9 Mediana — Median 3,18 14,70 0,30 0,00 2,20 1,90 15,00 20,00 Kurtoza — Kurtosis 8,47 1,40 0,28 5,64 -0,20 -0,83 1,40 0,66 Skośność — Obliqueness 2,75 0,89 0,27 2,57 0,84 -0,19 0,89 0,35

Tabele 1 i 2 przedstawiają współczynniki korelacji i determinacji pomiędzy poszczególnymi glukozynolanami występującymi w pokoleniu F4. Ich

współ-czynniki korelacji są statystycznie istotne nawet na poziomie α = 0,01. Silnie dodatnia korelacja wystąpiła pomiędzy zawartościami glukonapiny, glukobrassica-napiny i napoleiferyny. Ciekawy jest brak korelacji tych glukozynolanów z progoitryną. Ta ostatnia wykazuje powiązania dodatnie z glukotropeoliną, brassicyną i 4-hydroksybrassicyną, a ujemne z sinalbiną. Sinalbina jest ujemnie skorelowana ze wszystkimi pozostałymi glukozynolanami, chociaż istotnie statys-tycznie tylko z progoitryną, brassicyną, 4-hydroksybrassicyną i glukotropeoliną.

Współczynniki determinacji wskazują, że znalezione korelacje tłumaczą jednak tylko małą część zmienności glukozynolanów, z wyjątkiem trzech gluko-zynolanów alifatycznych to jest glukonapiny, glukobrassicanapiny i napoleiferyny, tak że należy spodziewać się dalszej segregacji nie tylko pod względem suma-rycznej zawartości glukozynolanów, lecz także co do ich składu jakościowego. Na podstawie uzyskanych wyników z pojedynczych roślin wybrano 35 linii o najniższych zawartościach glukozynolanów i kwasu erukowego do dalszej selekcji (tabela 3). Wysokie współczynniki zmienności dla zawartości kwasu erukowego, sinalbiny, progoitryny oraz sumy glukozynolanów wskazują, że selekcja na niższą zawartość tych związków jest możliwa.

Wnioski

• •

Uzyskano wyraźny postęp w kierunku wytworzenia gorczycy białej podwój-nie ulepszonej

Zmienność genetyczna wewnątrz wytworzonych populacji gwarantuje możliwości dalszego postępu hodowlanego.

Literatura

ozimego. Hodowla Roślin, Aklimatyzacja i Nasiennictwo, t. 14, z. 2: 95-133.

Krzymański J., Piętka T., Ratajska I., Byczyńska B., Krótka K. 1991. Development of low glucosinolate White Mustard (Sinapis alba L. syn. Brassica hirta). GCIRC. Eighth International Rapeseed Congress. 9-11. VII, 1991. Saskatoon, Canada. Volume 5 of 6: 1545-1548.

Krzymański J., Piętka T., Ratajska I., Byczyńska B., Krótka K. 1990. Selekcja gorczycy białej o niskiej zawartości glukozynolanów. Rośliny Oleiste – Wyniki badań: 115-121.

Michalski K., Kołodziej K., Krzymański J. 1995. Quantitative analysis of glucosinolates in seeds of oilseed rape – effect of sample preparation on analitycal results. Proc. 9th International Rapeseed Congress, Cambridge UK 4-7 VII, t. 3: 911-913.